Tutti sanno che l’acqua e tutti gli altri liquidi iniziano a trasformarsi in gas al di sopra di una certa soglia di temperatura. Gli esseri umani hanno intuitivamente compreso questa evaporazione, che è onnipresente in natura, da secoli. Dall’avvento della termodinamica nel 19° secolo, i fisici sono riusciti a comprendere tutte le sfumature di questo cambiamento di fase, fino alla scala più piccola. O almeno questo è quello che pensavamo fino ad ora.
I ricercatori hanno appena pubblicato uno studio che dimostra che il calore non è l’unico fattore che fa evaporare l’acqua; In realtà Anche la luce visibile gioca un ruolo in questo processo. Una scoperta che potrebbe avere profonde implicazioni in meteorologia, astronomia e in diversi rami dell’industria.
Non c’è fumo senza fuoco, ma evaporazione senza calore
Questo lavoro si basa su un altro studio del MIT pubblicato lo scorso anno. I suoi autori hanno annunciato la scoperta di un nuovo fenomeno, chiamato effetto fotomolecolare. Hanno osservato che le molecole d’acqua contenute in un idrogel potrebbero avere una composizione molto specifica direttamente catapultati nell’aria dai raggi luminosi, anche senza il minimo apporto di calore.
Una scoperta particolarmente intrigante per il team di Carl Richard Soderberg, che ha quindi deciso di spingere ulteriormente le indagini per verificare se questa conclusione potesse essere valida anche in altre condizioni. E contro ogni aspettativa, questi ricercatori hanno osservato che l’effetto fotomolecolare sembra effettivamente quasi universale!
Poiché si trattava di un fenomeno mai documentato prima, è stato necessario sviluppare un protocollo particolarmente rigoroso per dimostrarlo. In totale, hanno eseguito nientemeno che 14 esperimenti indipendenti escludere tutti gli altri fattori che avrebbero potuto indurre ad un errore interpretativo. Ad esempio, lo hanno osservato sistematicamente la temperatura dell’aria a contatto con l’acqua così vaporizzata non aumenta affatto. Ciò dimostra che l’energia termica non è l’origine dell’evaporazione associata all’effetto fotomolecolare.
Ancora più sorprendente, lo hanno scoperto questa evaporazione dipende direttamente dalle proprietà del raggio luminoso incidente. “Ciò non dovrebbe accadere perché nella regione visibile l’acqua non assorbe quasi nessuna luce.“, spiega il comunicato stampa degli autori. Eppure, hanno osservato che l’angolo del raggio, la sua lunghezza d’onda e persino la sua polarizzazione giocano tutti un ruolo. Ad esempio, l’effetto fotomolecolare è più pronunciato quando i fotoni colpiscono le molecole d’acqua con un angolo di 45° rispetto alla superficie. È anche più intenso quando si utilizza la luce verde. Ancora una volta, questo è piuttosto sorprendente, perché questa è la gamma di lunghezze d’onda che viene meno assorbita dall’acqua.
Per il momento, i ricercatori stanno ancora lottando per individuare i meccanismi che consentono alla luce di espellere le molecole d’acqua in questo modo. Ciò è particolarmente vero per la dipendenza del fenomeno dal colore; la squadra non ha idea da dove provenga.
Potenziali applicazioni nella ricerca e nell’industria
D’altro canto sono convinti che questa scoperta potrebbe avere implicazioni importanti. Ad esempio, potrebbe aiutare a risolvere un vecchio mistero con cui i climatologi lottano da 80 anni. Diversi studi, infatti, hanno già evidenziato un curioso fenomeno a livello delle nubi; tendono a assorbire più luce di quanto dovrebbe essere possibile secondo le leggi della fisica (vedi questo documento di ricerca). L’ulteriore evaporazione associata all’effetto fotomolecolare potrebbe finalmente aiutare a spiegare questa incoerenza che sta suscitando un acceso dibattito tra gli specialisti.
Anche questo lavoro potrebbe andare oltre la scienza fondamentale interessante per il settore. L’evaporazione, infatti, fa parte del processo di produzione di molti materiali e sostanze che necessitano di essere essiccati. Tuttavia, questo è generalmente un processo ad alta intensità energetica. “L’essiccazione rappresenta il 20% di tutta l’energia utilizzata nell’industria”, spiegano gli autori. Inoltre alcuni prodotti sono molto sensibili al calore, il che tende a complicare le operazioni. In questo contesto, un sistema di asciugatura basato sulla luce potrebbe ridurre notevolmente i costi rispetto ai tradizionali sistemi di riscaldamento e circolazione dell’aria.
Un nuovo promettente campo di ricerca
I ricercatori insistono sul fatto che al momento questa è ancora tutta teoria. Poiché il processo è ancora scarsamente documentato, sarà necessario eseguirlo tutta una serie di lavori complementari per comprendere i dettagli dell’effetto fotomolecolare. Ma il resto della comunità scientifica sembra molto impressionato, sia dal rigore di questo studio che dalle sue implicazioni.
“Queste osservazioni descrivono un nuovo meccanismo fisico che trasforma radicalmente il modo in cui comprendiamo la cinetica dell’evaporazione“, afferma Shannon Yee, professore di ingegneria meccanica alla Georgia Tech University, non coinvolto nello studio. “Chi sapeva che c’era ancora altro da imparare su un processo banale come l’evaporazione? ?”
Sarà quindi molto interessante seguire l’impatto di questo studio e vedere come verrà sfruttato l’effetto fotomolecolare nell’industria e nella ricerca fondamentale.
L’articolo di ricerca è disponibile qui.
-
